Detektor dwutlenku siarki (SO₂),
Czujnik ditlenku siarki (SO₂)

Detektor dwutlenku siarki (SO₂) to określenie wyspecjalizowanego elementu systemu bezpieczeństwa obiektów powiadamiającego osoby przebywające w zagrożonym pomieszczeniu lub obsługę o przekroczeniu określonych stężeń tego gazu w powietrzu. Detektory ditlenku siarki mogą występować zarówno jako stacjonarne urządzenia będące stałymi elementami wyposażenia obiektu jak i osobiste przenośne czujniki dwutlenku siarki noszone przez pracowników na odzieży czy oporządzeniu. W wielu zastosowaniach zastosowanie mierników dwutlenku siarki jest podyktowane nie tylko względami bezpieczeństwa, ale także obowiązującymi regulacjami nakładającymi wymóg instalacji detektorów ditlenku siarki lub użytkowania przenośnych czujników dwutlenku siarki przez pracowników. Przenośne mierniki dwutlenku siarki wykorzystywane są także przez służby ratownicze zarówno w formie osobistej jak i zabezpieczenia terenu z użyciem mobilnych strefowych detektorów dwutlenku siarki. Odpowiednio wczesne wykrycie stosunkowo niskich stężeń tego gazu może być kluczowym czynnikiem w zapewnieniu bezpiecznej pracy przy instalacjach zawierających SO₂ jak w miejscach jego potencjalnej emisji.

Właściwości dwutlenku siarki / ditlenku siarki

Dwutlenek siarki to bezbarwny, drażniący i duszący gaz powodujący problemy z oddychaniem przy wystarczająco wysokim stężeniu. Sklasyfikowany pod numerem CAS 7446-09-5 wg nomenklatury chemicznej ditlenek siarki jest gazem silnie toksycznym dla ludzi i zwierząt. Zgodnie z przepisami najwyższe dopuszczalne średnie stężenie NDS (średnia z 8h) dla dwutlenku siarki wynosi zaledwie 1,3 mg/m³ (około 0,5 ppm w temperaturze 20°C) z kolei najwyższe dopuszczalne stężenie chwilowe NDSCh (średnia z 15 minut) to 2,7 mg/m³ (ok. 1 ppm). Tak niskie wartości od razu pokazują, jak istotne jest stosowanie czujnika ditlenku siarki. Widać dokładnie, że nawet niewielka ilość dwutlenku siarki wymaga podjęcia odpowiednich działań, w krótkim czasie.

Ditlenek siarki znany jest jako czynnik chłodniczy pod symbolem R-764 oraz jako konserwant i środek dezynfekcyjny. Jednak głównym źródłem ditlenku siarki są procesy spalania paliw mające znaczący wpływ na zanieczyszczanie środowiska np. w postaci kwaśnych deszczy.

Dwutlenek siarki nawet przy bardzo niskich stężeniach może doprowadzić do negatywnych skutków zdrowotnych. Według danych Centralnego Instytutu Ochrony Pracy (CIOP) już stężenie około 1 mg/m³ może wywołać skurcz oskrzeli u osób chorujących na astmę lub z nadwrażliwością dróg oddechowych. Dla porównania, zapach dwutlenku siarki staje się wyczuwalny przez człowieka przy stężeniu około 7,19 mg/m³. Przy stężeniu rzędu 10 mg/m³ obserwuje się silne podrażnienie: pieczenie i ból oczu, suchość w gardle, intensywny kaszel oraz duszność wynikającą ze skurczu krtani lub oskrzeli. Jednorazowa ekspozycja trwająca godzinę na poziomie około 31,97 mg/m³ (wartość określana jako TCLo – najniższe stężenie, przy którym zaobserwowano toksyczny efekt) powoduje już wyraźne szkody zdrowotne. Stężenie około 1000 mg/m³ stanowi dawkę śmiertelną dla człowieka przy natychmiastowym narażeniu.

Budowa detektora dwutlenku siarki - stacjonarne oraz przenośne

Czujniki dwutlenku siarki charakteryzują się odmienną konstrukcją ze względu na ich przeznaczenie. Inaczej projektowane są urządzenia instalowane na stałe, a inaczej przenośne detektory dwutlenku siarki. Pomimo innej budowy wykrywaczy dwutlenku siarki jedna część pozostaje wspólna i jest ona kluczowa w obu przypadkach. To sensor dwutlenku siarki reagujący na obecność SO₂ oraz towarzysząca mu elektronika, która poprawia i dostosowuje sygnał z sensora, a także odpowiada za dostarczenie energii dla całego układu.

W stacjonarnych czujnikach dwutlenku siarki SO₂ stosuje się zwykle dodatkowe opcje: na przykład wbudowane wyjścia sterujące (pozwalające automatycznie uruchamiać wentylację, alarmy itp.), obudowy o różnych wariantach (przystosowane np. do środowisk korozyjnych lub zagrożonych wybuchem), a także specjalne osłony umożliwiające osiągnięcie wyższego stopnia ochrony (np. do IP66, co oznacza wysoką pyło i wodoszczelność).Wszystko to po to, aby można je było dostosować do specyfiki obiektu i warunków środowiskowych, w jakich będą pracować. Z tego samego powodu stacjonarne detektory ditlenku siarki często wyposażone są w również sygnalizację alarmową (dźwiękową lub świetlną) oraz wyświetlacze, które mogą zmieniać kolor w zależności od poziomu stężenia gazu. Ważnym elementem konstrukcji są udogodnienia instalacyjne, takie jak fabrycznie przygotowane wycięcia ułatwiające przymocowanie urządzenia, dodatkowe dławnice do wprowadzania okablowania, czy też modułowe płytki elektroniki, które można wyjmować na czas instalacji lub serwisu czujnika ditlenku siarki.

Przenośne detektory dwutlenku siarki pełnią inną rolę, dlatego ich konstrukcja kładzie nacisk na mobilność i wytrzymałość. Tego typu mierniki dwutlenku siarki mają najczęściej kompaktową, ale wytrzymałą obudowę o wysokiej klasie szczelności (zwykle IP67, co gwarantuje pyłoszczelność i ochronę przed krótkotrwałym zanurzeniem w wodzie). Ich wyświetlacz powinien być czytelny i podświetlany, tak aby wyniki pomiarów były widoczne w każdych warunkach oświetleniowych. Przenośne czujniki dwutlenku siarki są zazwyczaj wyposażone w głośne alarmy dźwiękowe, sygnalizację świetlną (np. diody LED) oraz alarm wibracyjny dzięki temu użytkownik natychmiast zostanie ostrzeżony o zagrożeniu nawet w hałaśliwym otoczeniu. Nowoczesne przenośne detektory SO₂ oferują również integrację z systemami bezpieczeństwa dla osób pracujących w pojedynkę. Umożliwia to zdalne monitorowanie użytkownika detektora ditlenku siarki, a w razie alarmu automatyczne powiadomienie zespołu nadzorującego i nawiązanie kontaktu z zagrożonym pracownikiem. W przypadku strefowych detektorów gazów czyli ustawianych tymczasowo w określonym miejscu, by monitorować zagrożony rejon istotne są cechy budowy jak ilość magazynowanej energii w baterii, zapewniająca wielodniową pracę urządzenia, ale co ważniejsze cechy funkcjonalne jak możliwość transmisji danych pomiarowych w czasie rzeczywistym do centralnego systemu nadzoru zapewniającego osobom zabezpieczającym miejsce prac lub rejon awarii dane pomiarowe i alarmy przesyłane “on-line”.

Rozmieszczenie detektorów dwutlenku siarki

Skuteczność systemu detekcji dwutlenku siarki w dużej mierze zależy od prawidłowego rozmieszczenia czujników dwutlenku siarki. Nieodpowiednio dobrana lokalizacja detektora dwutlenku siarki może sprawić, że alarm zadziała z opóźnieniem lub w ogóle nie zostanie aktywowany, mimo pojawienia się niebezpiecznego stężenia gazu. Typowa wysokość montażu czujnika ditlenku siarki wynosi 20–30 cm nad posadzką ponieważ dwutlenek siarki jako gaz cięższy od powietrza ma tendencję do gromadzenia się przy podłodze Należy przy tym zachować pewien dystans od samej podłogi tak, aby detektor dwutlenku siarki nie był narażony na substancje zalegające przy podłożu, a także by możliwy był wygodny dostęp serwisowy.

W pewnych sytuacjach może być konieczna instalacjaczujników dwutlenku siarki SO₂ także na wysokościach ok. 150 cm, zwłaszcza w kontekście ochrony osób jeżeli np. istnieje prawdopodobieństwo, że gaz może szybko wymieszać się z powietrzem w całej objętości pomieszczenia. Każdy obiekt powinien być jednak analizowany indywidualnie przez doświadczonego projektanta. Przy ustalaniu miejsc montażu detektorów dwutlenku siarki należy uwzględnić czynniki wpływające na rozchodzenie się gazu: m.in. ruchy powietrza wywołane przez wentylację (nawiewy i wywiewy), przeciągi, a także fizyczne przeszkody typu ściany, maszyny czy składowane materiały. Takie elementy mogą kierować strumień gazu lub tworzyć strefy, do których dwutlenek siarki dotrze z opóźnieniem dlatego rozmieszczenie czujników ditlenku siarki planuje się tak, aby objąć zasięgiem wszystkie potencjalnie zagrożone miejsca i zapewnić możliwie najszybsze wykrycie niebezpiecznego stężenia.

Zakres pomiarowy i progi alarmowe detektora dwutlenku siarki

W detektorach dwutlenku siarki stacjonarnych lub przenośnych ustawienie progów alarmowych jest podyktowane przez wymagania, które mają spełniać. Bardzo ważne jest przy tym rozróżnienie pomiędzy stężeniem chwilowym, a średnim w okresie czasu. Oddziaływanie gazu toksycznego na człowieka zależy bowiem nie tylko od stężenia w jakim się znajduje, ale także od czasu przez jaki w nim przebywa. To dlatego przepisy definiujące NDS i NDSCh odnoszą się do wartości średnich. W przypadku NDS jest to średnia 8-godzinnego dnia pracy z kolei NDSCh jest to interwał 15 minutowy (maksymalnie 2 razy w czasie jednej zmiany roboczej przy zachowaniu godzinnej przerwy pomiędzy interwałami).

Z tego powodu stacjonarne detektory dwutlenku siarki najczęściej monitorują zarówno bieżące stężenie gazu, jak i średnią ruchomą z pewnego okresu. W praktyce urządzenia te obliczają tzw. wartość średnią (oznaczaną skrótem AV od ang. average value) oraz mierzą wartość aktualną, chwilową (CV od ang. current value). Nowoczesne czujniki dtlenku siarki umożliwiają generowanie alarmów w oparciu o obydwa te parametry. Taka opcja pozwala odróżnić sytuację, gdy w pomieszczeniu utrzymuje się podwyższone stężenie przez dłuższy czas, od nagłych skoków stężenia do wysokich wartości.

Konfiguracja progów alarmowych zależy od specyfiki miejsca i jest zwykle ustalana przez projektanta systemu detekcji gazów. Osoba taka, opierając się na doświadczeniu i obowiązujących normach, definiuje przy jakich poziomach stężenia i po jakim czasie mają aktywować się poszczególne progi alarmowe.

Poniżej przykładowa konfiguracja czterostopniowego alarmowania detektora stacjonarnego:

Technologia pomiarowa detektorów dwutlenku siarki SO₂

W czujnik ditlenku siarki stacjonarnych i przenośnych stosowane są najczęściej sensory elektrochemiczne. Działają one na zasadzie kontrolowanej reakcji chemicznej zachodzącej wewnątrz czujnika. Gaz przedostaje się przez membranę do wnętrza sensora, gdzie znajduje się specjalny elektrolit. Gdy cząsteczki dwutlenku siarki reagują z tym elektrolitem, zachodzi reakcja utleniania-redukcji, która wytwarza niewielki prąd elektryczny. Na elektrodach pomiarowych powstaje sygnał elektryczny proporcjonalny do stężenia gazu. Układ elektroniki detektora wzmacnia ten sygnał i przelicza go na wartość stężenia wyświetlaną następnie użytkownikowi. Czujniki elektrochemiczne charakteryzują się wysoką selektywnością (reagują głównie na jeden konkretny gaz, co minimalizuje fałszywe alarmy), liniowością (zmiana sygnału jest wprost proporcjonalna do zmiany stężenia gazu) oraz dobrą powtarzalnością wyników. Dzięki tym cechom pomiary dwutlenku siarki są wiarygodne i dokładne, co jest niezwykle ważne w zastosowaniach ochrony zdrowia i mienia.

Zastosowania detektorów dwutlenku siarki SO₂

Detektory dwutlenku siarki znajdują zastosowanie wszędzie tam, gdzie istnieje możliwość wystąpienia tego niebezpiecznego gazu. W praktyce najczęściej stosowane są w takich gałęziach przemysłu jak:

- Energetyka – np. w elektrowniach i elektrociepłowniach spalających węgiel czy mazut, gdzie emisja dwutlenku siarki jest ubocznym skutkiem spalania paliw zawierających siarkę.

- Przemysł chemiczny – zarówno w produkcji chemikaliów, jak i w miejscach składowania czy wykorzystywania siarki i jej związków.

- Przemysł papierniczy – dwutlenek siarki bywa używany w procesach bielenia masy papierniczej.

- Przemysł farmaceutyczny – niektóre procesy syntezy mogą uwalniać dwutlenek siarki, ponadto gaz ten wykorzystuje się do sterylizacji pomieszczeń i urządzeń.

- Branża spożywcza – dwutlenek siarki (oznaczany jako dodatek do żywności E220) jest używany jako konserwant, środek odkażający i przeciwutleniacz m.in. przy produkcji suszonych owoców, win, piwa czy w przetwórstwie spożywczym. W chłodnictwie spożywczym bywa też czynnikiem chłodniczym.

We wszystkich tych miejscach obecność nawet niewielkich ilości dwutlenku siarki stwarza potencjalne zagrożenie dla personelu oraz procesów technologicznych. Instalacja odpowiednich czujników dwutlenku siarki umożliwia ciągłe monitorowanie atmosfery pod kątem obecności tego gazu. Dzięki temu w razie niekontrolowanej emisji dwutlenku siarki systemy bezpieczeństwa mogą zareagować błyskawicznie uruchamiając wentylację awaryjną, sygnały alarmowe oraz inne środki ochronne. To pozwala zapobiegać wypadkom, chronić zdrowie pracowników i minimalizować skutki ewentualnych awarii czy wycieków zawierających toksyczny dwutlenek siarki SO₂.

Więcej o branżach, w których stosowane są czujniki ditlenku siarki poniżej: